导热系数测试平台的误差分析文献综述

 2023-08-03 11:08

文献综述(或调研报告):

实验台所使用的直接通电法是一种测量导电样品的导热系数的方法。在直接通电法中,样品的两端放置于热沉上,加热电流沿样品流动,并在样品中产生焦耳热;产生的焦耳热通过样品纵向传导至热沉,并通过侧面同环境换热。达到稳态后,可以从样品的温度曲线确定样品的纵向导热系数和侧面换热系数。在进行实验时,为了减少热损失,实验装置设有保温炉,且实验在真空中进行,以减少试样与空气的导热和对流换热。[6]由于存在侧面换热,使用直接通电法通常很难测量纤维的本征导热系数。经研究发现,可以通过对同一根纤维进行多次测量来同时提取纤维的本征导热系数和侧面换热系数。

在这种测量碳纤维本征导热系数的方案中,单根碳纤维被分成几个段,并制备成各种长度的悬置样品,然后用直接通电法测量这些样品。对于每个样品,可以获得导热系数随侧面换热系数变化的曲线,从这些曲线的交点可以获得本征导热系数和侧面换热系数。

样品是使用四电极设备测量的。图1(a)给出了四电极设备的光学图像,图1(b)给出了设备的示意图。两个内部电极(电极2和3)的宽度为0.8毫米,两个外部电极(电极1和4)的宽度为3毫米。探头2和3之间的距离在4毫米到16毫米之间。在电极2和3之间切出了一个矩形,以便可以悬挂测量的样品。样品和四个探头之间的接触点用导电银漆(SPI 05001-AB)处理,以降低接触电阻和接触热阻。[7]

当将直流加热电流IDC施加于样品时,样品在稳态下的平均温升可以表示为

, (1)

其中是样品中每单位长度产生的焦耳热。VDC-sRs0L分别是DC压降,IDC = 0 A时的电阻以及探头2和3之间的样品长度。P是横截面周长。h是侧面换热系数。m定义为

, (2)

其中lambda;Ac分别是导热系数和横截面积。使用IDC时的平均温升可以由电阻估算为

, (3)

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